蝙蝠飛行時利用超音波來掌握空間位置，但研究發現，蝙蝠所識別的空間與真實空間存在差異。同志社大學研究生院生命醫科學研究科的研究生手嶋優風和飛龍志津子教授及理工學部的土屋隆生教授等人與廣島大學共同發現，蝙蝠通過回聲掌握的障礙物空間與真實空間不同，可以有效掌握對飛行至關重要的位置。相關内容已經發布在BMC Biology上。
圖：蝙蝠實際飛行的空間與通過回聲推測的空間比較。均為實驗空間的俯視圖。在真實空間裏，為了讓蝙蝠以S字形飛行，左右交替設置了亞克力板作為障礙物。根據回聲推測的空間主要由亞克力板邊緣附近的回音源構成。回音源的大小與回聲的聲壓成正比。（供圖：同志社大學）
眾所周知，蝙蝠是通過聆聽和分析自身發出的超音波（脈衝）的回聲來掌握週遭環境而飛行的。蝙蝠利用聲音把握空間的能力非常發達，以至於它們可以在不撞到任何障礙物的情況下於黑暗中高速、連續地掠食微小的昆蟲。另一方面，蝙蝠會撞到光滑的大面積牆壁等，研究人員估計這是它們通過回聲掌握的空間與視覺識別的空間不同所造成的。
也就是說，蝙蝠可能根據來自回聲的資訊構建了與我們看到的真實空間不同的獨特識別空間。然而，為了推測蝙蝠掌握的空間，需要獲取周圍到達蝙蝠左右耳朵的所有回聲，但由於技術問題，此前很難測量回聲。
研究團隊為解決這個問題，將設置障礙物的真實空間的行為測量結果與聲音模擬結果相結合，實現了回聲的恢復。然後，通過計算蝙蝠發射的脈衝被反射的位置（回音源），把由所有回音源構成的空間（回聲空間）視覺化，研究了蝙蝠通過回聲掌握的障礙物空間。
研究團隊準備了一個有3張亞克力板作為障礙物的空間並讓蝙蝠飛行，蝙蝠為避開亞克力板，沿S形路線飛行。將此時的回聲空間視覺化發現，空間主要由躲避障礙物的重要位置——板狀障礙物的邊緣部分構成。另外還發現，與蝙蝠首次在障礙物空間飛行時相比，充分了解空間後進行第12次飛行時，回音源更集中於邊緣部分，這表明發射較少的脈衝即有效獲得了對避障行為至關重要的障礙物邊緣附近的資訊。
此外，通過分析蝙蝠在障礙物空間飛行時的飛行轉彎角速度、脈衝發射方向和回聲到來方向的時間變化，已知脈衝發射方向先於轉彎角速度發生變化，而此次首次發現，回聲到來方向先於轉彎角速度發生變化。也就是說，回音源的方向可能會影響蝙蝠對飛行方向的控制（轉彎角速度）。
利用此次的方法可以恢復飛行中到達蝙蝠的回聲。由此可以同時獲得向蝙蝠輸入的資訊「回聲」和蝙蝠的行為輸出資訊「飛行脈衝」，將蝙蝠作為一個系統時，有望根據輸入輸出資訊之間的關係明確其行為規則。通過對以發射器（口或鼻）和接收器（雙耳）這種極為簡單的機制掌握空間情況的蝙蝠聲納機制進行建模，有望確立源自生物的新感測方法並應用於工程領域。
論文資訊
雜誌: BMC Biology
論文: Analysis of echolocation behavior of bats in 「echo space」 using acoustic simulation
DOI : 10.1186/s12915-022-01253-y
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
